KR20200142383A - 차량용 쿨러 - Google Patents

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KR20200142383A
KR20200142383A KR1020190069578A KR20190069578A KR20200142383A KR 20200142383 A KR20200142383 A KR 20200142383A KR 1020190069578 A KR1020190069578 A KR 1020190069578A KR 20190069578 A KR20190069578 A KR 20190069578A KR 20200142383 A KR20200142383 A KR 20200142383A
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김종천
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

차량용 쿨러가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 냉각수 유로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 복수개의 튜브가 설치되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 냉각을 위한 차량용 쿨러에 있어서, 상기 튜브는 외표면 둘레에 길이방향을 따라 일정패턴으로 이루어진 복수개의 마이크로 핀이 일체로 성형된다.

Description

차량용 쿨러{COOLER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 쿨러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열용량을 증대하면서도 전체적인 크기를 줄일 수 있는 차량용 쿨러에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 열교환기는 절연체를 통해 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체로 열을 전달하는 것으로, 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다.
이러한 열교환기는 열에너지를 재사용하거나, 유입되는 작동유체의 온도를 용도에 맞게 조절하게 되며, 보통 엔진룸에 장착된다.
한편, 자동차의 배기가스에는 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소 등과 같은 유해물질이 다량 포함되어 있다.
특히, 질소산화물과 같은 유해물질은 엔진이 고온일수록 발생량이 증가하게 되는데, 이러한 유해물질을 줄이기 위한 방법으로 배기가스를 흡기계로 재순환시키며, 실린더 내 연소온도를 낮추어 유해물질의 발생을 저감하는 EGR 시스템(Exhaust Gas Recirculation system)이 이용된다.
상기 EGR 시스템은 열교환기의 일종이며, 고온의 배기가스를 냉각수로 냉각시키기 위한 EGR 쿨러를 포함한다.
상기 EGR 쿨러는 배기가스와 냉각수를 상호 열교환시켜 배기가스의 지나친 온도 상승을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 EGR 쿨러는 냉각수 유로가 형성되는 쿨러 하우징의 내부에 복수개의 튜브가 마련되며, 상기 튜브 내부에는 배기가스 유로가 형성된다.
상기한 바와 같은 EGR 시스템은 한정적인 공간을 갖는 엔진룸에 장착되며, 공간확보 및 장착의 어려움이 발생하는 바, 소형, 경량화, 고효율, 및 고기능화를 위한 연구 개발이 필요하다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 냉각수와 접촉되는 튜브의 표면에 마이크로 핀을 적용함으로써, 열교환 면적의 극대화를 통해 열용량을 증대시킬 수 있는 차량용 쿨러를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 냉각수 유로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 복수개의 튜브가 설치되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 냉각을 위한 차량용 쿨러에 있어서, 상기 튜브는 외표면 둘레에 길이방향을 따라 일정패턴으로 이루어진 복수개의 마이크로 핀이 일체로 성형되는 차량용 쿨러를 제공할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 핀은 다각 형상의 복수개의 요부와 철부가 연속된 요철형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 핀은 상기 요부와 철부가 수평변과 수직변으로 이루어져 각 모서리가 직각인 사각 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 핀은 상기 요부와 철부가 수평변과 수직변으로 이루어져 각 모서리가 라운드인 사각 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 핀은 상기 요부와 철부가 수평변과 경사변으로 이루어지는 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 철부는 높이가 30마이크로미터(㎛) 이상 ~ 200마이크로미터(㎛) 이하의 범위에서 설정될 수 있다.
또한, 상기 튜브는 상기 냉각수 유로 방향과 상기 마이크로 핀의 길이방향이 동일하도록 상기 마이크로 핀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨러 하우징과 튜브 사이, 및 상호 인접한 각 마이크로 핀 사이에는 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 튜브는 스테인리스(Stainless) 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 튜브는 양단에 끼워지는 양측 헤더를 통해 일정간격으로 적층되어 접합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 냉각수 유로와 접촉되는 튜브의 외표면에 마이크로 핀을 일체로 성형하여 열교환 면적을 확대함으로써, 열용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 상기 차량용 쿨러는 상기 마이크로 핀을 통해 열교환 표면의 유속을 상승시키고, 난류층을 형성함으로써, 열효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 EGR 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 마이크로 핀의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 마이크로 핀과 냉각수 유로의 관계를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
도 1은 일반적인 차량용 EGR 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 마이크로 핀의 형상을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 마이크로 핀과 냉각수 유로의 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러에 적용되는 마이크로 핀의 구조는 다양한 열교환기에 적용될 수 있으며, 특히, 상기 열교환기를 통과하는 냉각수와 접촉되는 부분에 대응하여 마이크로 핀이 형성될 수 있다.
상기 열교환기는, 예를 들어, 라디에이터, 히터코어, 컨덴서, 및 각종 쿨러 등을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 구성되는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템에 적용되는 EGR 쿨러를 예로 들어 설명한다.
여기서 상기 EGR 쿨러(1)는 엔진으로부터 발생하는 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 실린더 내의 연소온도를 낮춤으로써, 질소 산화물의 발생을 억제하는 역할을 한다.
상기 EGR 쿨러(1)는 양단에 형성된 양측 커버(11) 상에 배기 매니폴드에 연결되는 가스 유입관(13)과 흡기 매니폴드에 연결되는 가스 배출관(15)이 각각 구비되는 쿨러 하우징(10)을 포함한다.
또한, 상기 쿨러 하우징(10)의 일측 측면 상에는 냉각수 유입구(17)와 냉각수 유출구(19)가 형성되어 상기 냉각수 유입구(17)와 냉각수 유출구(19)를 통해 내부에 냉각수가 유입 및 유출되면서 내부에 냉각수 유로가 형성된다.
이러한 쿨러 하우징(10)의 내부에는 일정간격으로 복수개의 튜브(20)가 적층된다.
도 2를 참조하면, 상기 튜브(20)는 스테인리스(Stainless) 소재로 이루어져 양단이 개방된 박스 형상으로 형성된다.
이러한 튜브(20)는 양측의 헤더(40)를 통해 고정되는데, 이때, 상기 헤더(40)에는 상기 튜브(20)가 끼워지도록 복수개의 관통홀(41)이 형성된다.
즉, 상기 헤더(40)의 관통홀(41)을 통해 복수개의 튜브(20)가 일정간격 이격되어 끼워져 접합된다.
상기 헤더(40)를 통해 복수개 적층된 튜브(20)는 상기 쿨러 하우징(10) 내부에 조립된다.
또한, 상기 튜브(20)는 외표면 둘레에 길이방향을 따라 일정패턴으로 이루어진 복수개의 마이크로 핀(30)이 일체로 성형된다.
상기 마이크로 핀(30)은 상기 튜브(20)의 외표면에만 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 튜브(20)의 외표면을 포함하여 내표면 전체에도 형성될 수 있다.
즉, 상기 마이크로 핀(30)은 냉각수 유로와 접촉되는 외표면뿐만 아니라, 배기가스 유로와 접촉되는 내표면에 형성되어 배기가스와의 표면 면적을 넓힐 수도 있다.
이러한 마이크로 핀(30)은 전체적인 형상이 다각 형상의 복수개의 요부(31)와 철부(33)가 연속된 요철형상으로 이루어진다.
상기 마이크로 핀(30)은 도 3을 바탕으로 가로의 길이를 폭이라 정의하고, 세로의 길이를 높이라 정의하나, 이는 반드시 한정되는 것은 아니며, 기준에 따라 폭과 길이의 정의를 변경될 수 있다.
도 3(A)를 참조하면, 상기 마이크로 핀(30)은 상기 요부(31)와 철부(33)가 수평변(35a)과 수직변(37a)으로 이루어져 각 모서리가 직각인 사각 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 마이크로 핀(30)은 수평변(35a)과 수직변(37a)이 연속적으로 배치되어 상기 수평변(35a)과 수직변(37a)이 만나는 각 모서리가 직각 형상으로 이루어지는 사각 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 마이크로 핀(30)의 철부(33a)는 그 높이(ta)가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정될 수 있다.
도 3(B)를 참조하면, 상기 마이크로 핀(30)은 상기 요부(31)와 철부(33)가 수평변(35b)과 수직변(37b)으로 이루어져 각 모서리가 라운드인 사각 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 마이크로 핀(30)은 수평변(35b)과 수직변(37b)이 연속적으로 배치되어 상기 수평변(35b)과 수직변(37b)이 만나는 각 모서리가 라운드 형상으로 이루어지는 사각 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 마이크로 핀(30)의 철부(33b)는 그 높이(tb)가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정될 수 있다.
도 3(C)를 참조하면, 상기 마이크로 핀(30)은 상기 요부(31)와 철부(33)가 수평변(35c)과 경사변(39)으로 이루어져 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 마이크로 핀(30)은 수평변(35c)과 경사변(39c)이 연속적으로 배치되어 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 마이크로 핀(30)의 철부(33c)는 그 높이(tc)가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정될 수 있다.
도 3(D)를 참조하면, 상기 마이크로 핀(30)은 상기 요부(31d)와 철부(33d)가 수평변(35d), 수직변(37d), 및 경사변(39d)으로 이루어져 다각형의 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 마이크로 핀(30)의 철부(33d)는 그 높이(ta)가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정될 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 마이크로 핀(30)은 각각의 형상은 상이하지만, 상기 마이크로 핀(30)을 이루는 철부(33a~33d)의 높이가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정되는 것은 동일하다.
이는 상기 마이크로 핀(30)이 적용되는 튜브(20)가 차량의 다른 부품, 예를 들어, 헤더(40)와의 브레이징 접합 시, 재결정에 의한 석출물 형성 및 응고균열 등이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 상기 마이크로 핀의 철부의 높이가 30㎛ 이상 ~ 200㎛ 이하의 범위에서 설정되는 이유는, 상기 마이크로 핀이 200㎛를 초과할 경우, 다른 부품과 브레이징 접합 시, 접합부에서 석출물이 형성되고, 상기 접합부가 갈라지는 균열현상 등의 이상현상이 발생되며, 이를 방지하기 위함이다.
상기와 같은 형상으로 형성되는 마이크로 핀(30)은 도 3에 도시한 실시 예들을 바탕으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 마이크로 핀(30)의 형상은 변경하여 적용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기와 같이 형성되는 마이크로 핀(30)이 적용되는 튜브(20)는 상기 마이크로 핀(30)의 길이방향이 상기 냉각수 유로 방향과 동일한 방향으로 형성되도록 구성된다.
즉, 상기 냉각수 유로는 상기 쿨러 하우징(10)과 튜브(20) 사이, 상기 튜브(20)와 튜브(20) 사이, 및 상호 인접한 상기 마이크로 핀(30) 사이에 각각 냉각수 유로가 형성될 수 있다.
다시 말해, 상기 쿨러 하우징(10)의 내부에 인접한 튜브(20) 사이사이와, 상기 마이크로 핀(30) 사이사이를 따라 상기 냉각수가 이동하는 것이다.
이때, 상기 마이크로 핀 사이의 냉각수 유로는 난류로 형성될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 쿨러는 냉각수 유로와 접촉되는 튜브(20)의 외표면에 마이크로 핀(30)을 일체로 성형하여 열교환 면적을 확대함으로써, 열용량을 증대할 수 있다.
더불어. 상기 차량용 쿨러는 종래 기술에 대비하여, 열용량을 증대시키고, 전체적인 사이즈를 줄임으로써, 재료비를 절감할 수 있다.
또한, 상기 차량용 쿨러는 상기 마이크로 핀(30)을 통해 열교환 표면의 유속을 상승시키고, 난류층을 형성함으로써, 열효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: EGR 쿨러
10: 쿨러 하우징
11: 커버
13: 가스 유입관
15: 가스 배출관
17: 냉각수 유입구
19: 냉각수 배출구
20: 튜브
30: 마이크로 핀
31: 요부
33: 철부
35: 수평변
37: 수직변
39: 경사변
40: 헤더
41: 관통홀

Claims (10)

  1. 냉각수 유로를 형성하는 쿨러 하우징의 내부에 배기가스 유로를 형성하는 복수개의 튜브가 설치되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 냉각시키기 위한 차량용 쿨러에 있어서,
    상기 튜브는
    외표면 둘레에 길이방향을 따라 일정패턴으로 이루어진 복수개의 마이크로 핀이 일체로 성형되는 차량용 쿨러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 핀은
    다각 형상의 복수개의 요부와 철부가 연속된 요철형상으로 형성되는 차량용 쿨러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 핀은
    상기 요부와 철부가 수평변과 수직변으로 이루어져 각 모서리가 직각인 사각 형상으로 형성되는 차량용 쿨러
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 핀은
    상기 요부와 철부가 수평변과 수직변으로 이루어져 각 모서리가 라운드인 사각 형상으로 형성되는 차량용 쿨러.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 핀은
    상기 요부와 철부가 수평변과 경사변으로 이루어지는 사다리꼴 형상으로 형성되는 차량용 쿨러.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 철부는
    높이가 30마이크로미터(㎛) 이상 ~ 200마이크로미터(㎛) 이하의 범위에서 설정되는 차량용 쿨러.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는
    상기 냉각수 유로 방향과 상기 마이크로 핀의 길이방향이 동일하도록 상기 마이크로 핀이 형성되는 차량용 쿨러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨러 하우징과 튜브 사이, 및 상호 인접한 각 마이크로 핀 사이에는 냉각수 유로가 형성되는 차량용 쿨러.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는
    스테인리스(Stainless) 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨러.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는
    양단에 끼워지는 양측 헤더를 통해 일정간격으로 적층되어 접합되는 차량용 쿨러.
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